輸變電過程中可能出現的電能質量問題

電能質量包括電壓質量、電流質量、供電質量等相關術語和概念，包含技術含義和非技術含義兩個方面：技術含義有電壓質量和供電可靠性。非技術含義是指服務質量，包括供電企業對用戶投訴的反應速度和電力價格等；用電質量包括電流質量和非技術含義。
一般地說，電能質量的定義是：導致用戶設備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率偏差。隨著基于計算機系統的控制設備與電子裝置的廣泛應用，電力系統中用電負荷結構發生改變，尤其是變配電過程中對電能也會造成沖擊和破壞；另外，變頻裝置、電弧爐煉鋼、電氣化鐵道等非線性、沖擊性負荷對電能質量也會造成很大破壞；而電能作為商品，人們會對電能質量提出更高的要求，電能質量已逐漸成為全社會共同關注的問題。
一、輸變電過程中可能出現的電能質量問題
1、電力系統元件存在的非線性問題
電力系統元件的非線性問題主要包括：發電機產生的諧波；變壓器產生的諧波；直流輸電產生的諧波；輸電線路(特別是超高壓輸電線路)對諧波的放大作用。此外，還有變電站并聯電容器補償裝置等因素對諧波的影響。其中，直流輸電是目前電力系統Z大的諧波源。
2、非線性負荷
大功率整流或變頻裝置也會產生嚴重的諧波電流，對電能質量造成嚴重影響，同時也使功率因數降低。在工業和生活用電負載中，非線性負載占很大比例，這是電力系統諧波問題的主要來源。電弧爐(包括交流電弧爐和直流電弧爐)是主要的非線性負載，它的諧波主要是由起弧的時延和電弧的嚴重非線性引起的。
3、電力系統故障
電力系統運行的內外故障也會造成電能質量問題，如各種短路故障、自然現象災害、人為誤操作、電網故障時發電機及勵磁系統的工作狀態的改變、故障保護裝置中的電力電子設備的啟動等，都會造成各種電能質量問題。
二、輸變電過程中電能質量問題的控制策略與技術
1、可以用有源濾波器抑制閃變，補償無功功率
雖然無源濾波器具有投資少、效率高、結構簡單及維護方便等優點，在現階段廣泛用于配電網中。但由于濾波器特性受系統參數影響大，只能消除特定的幾次諧波，而對某些次諧波會產生放大作用，甚至諧振現象等因素。
APF即利用可控的功率半導體器件向電網注入與諧波源電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達到實時補償諧波電流的目的。它與無源濾波器相比，不僅能補償各次諧波，還可抑制閃變，補償無功功率；濾波特性不受系統阻抗等的影響，可消除與系統阻抗發生諧振的危險；具有自適應功能，可自動跟蹤補償變化著的諧波，即具有高度可控性和快速響應性等特點。目前主要配置晶閘管控制電抗器和晶閘管投切電容器等靜止無功補償設備，其調節速度可達到100ms以下；系統化綜合補償技術可以解決電能質量問題的“治本"途徑。
近段時間提出的系統化綜合補償技術是解決電能質量問題的“治本"途徑。對于穩態時的電壓質量問題有許多成熟的措施加以解決；但對于動態電能質量問題，依靠傳統的無功補償和常規的濾波裝置則不能有效地解決。
輸變電過程中，各個變壓器、變頻器以及大量的用電器會產生大量的電能污染，但是電力電子技術的應用可以大大提高電網的電能質量，FACTS、CusPow等新技術更是為解決電能質量問題開拓了廣闊的前景。同時一些非電力電子技術的發展也很迅猛，將這些技術融合發展，并合理使用、大力推廣，必然會逐步滿足電力負荷對電能質量日益提高的要求。
2、做好電能質量問題的控制的基礎性工作可以大大降低電能質量的問題
首先要掌握供電網絡運行狀態，對電能質量開展實時監測，以掌握其動態；其次是分析診斷其變化，即在詳細分析電能質量數據的基礎上，利用仿真軟件對電網結構的固有諧振特性進行計算與分析，排除虛假的諧波干擾；再次是開展系統的合理設計和改造。變電站的設計和投運以及新的電力用戶投運之前都要進行諧波源負荷及電能質量要求等方面的技術咨詢，線路網絡改造和建設也要結合運行負荷的特點和措施，以降低線損，降低設備損失事故。Z后是開展濾波裝置或無功補償裝置的研制、調試和現場測試，以了解治理后的效果，并總結經驗。
3、可以用SVC裝置保持系統電壓的恒定
近些年來發展起來的SVC裝置是一種快速調節無功功率的裝置，已成功地運用于電力、冶金、采礦和電氣化鐵道等沖擊性負荷的補償，它可使所需無功功率作隨機調整，從而保持在非線性、沖擊性負荷連接點的系統電壓水平的恒定。
可控硅閥控制空芯電抗器型(稱TCR型)SVC：它用可控硅閥控制線性電抗器實珊陜速連續的無功功率調節，具有反應時間快(5~20ms)、運行可靠、無級補償、分相調節、能平衡有功、適用范圍廣、價格便宜等優點。TCR裝置還能實現分相控制，有較好的抑制不對稱負荷的能力，因而在電弧爐系統中采用Z廣泛。
可控硅閥控制高阻抗變壓器型(TCT型)：其優點與TCR型差不多，但高阻抗變壓器制造復雜，諧波分量也略大一些。可控硅開關控制電容器型(TSC)：分相調節、直接補償、裝置本身不產生諧波、損耗小，但是它是有級調節，綜合價格比較高。
4、可以用無源濾波裝置來抑制高次諧波
該裝置由電容器、電抗器，有時還包括電阻器等無源元件組成，以對某次諧波或其以上次諧波形成低阻抗通路，以達到抑制高次諧波的作用；由于SVC的調節范圍要由感性區擴大到容性區，所以濾波器與動態控制的電抗器一起并聯。這樣既滿足無功補償、改善功率因數，又能消除高次諧波的影響。